Technologie
Einzigartige Chemie, klarer Fokus &
ein einfaches Lizenz-Geschäftsmodell
Als Technologieentwickler sind wir angebtrieben von dem Wunsch, Akkus für eine sicherere und nachhaltigere Energiespeicherung bereitzustellen. Für die weltweite Skalierung gewähren wir den Zugang zu unserer HPB Technologie im Wege der Lizenzierung. Dafür bieten wir drei Lizenzprodukte an, die klar voneinander abgegrenzt sind:
Der Fokus unserer Technologieentwicklung liegt auf stationären Anwendungen. Dafür optimieren wir unter Nutzung des patentierten HPB Festionenleiters den HPB Feststoffakku. Gegenstand der Batterieentwicklung ist dabei das Zusammenspiel der drei Kernbestandteile einer Batterie: Anode, Kathode und der HPB Festionenleiter als komplette Batteriezelle. Die Entwicklung umfasst dabei auch die industrielle Fertigung bis hin zum Batteriemodul (mehrere Batteriezellen bilden zusammengefasst ein Batteriemodul). Auf dieser Grundlage gewähren wir zwei unterschiedliche Lizenzprodukte, einmal von der Marktseite und einmal von der Angebotsseite kommend:
(1) Lizenz nach Geografien für stationäre Anwendungsfelder (Marktseite)
(2) Produktionslizenz nach Geografien (Angebotsseite)
Ein weiteres großes Anwendungsfeld für unsere HPB Technologie liegt in der Elektromobilität. Allerdings entwickeln wir keine Akkus für Elektroautos. Vielmehr stellen wir unseren einzigartigen HPB Festionenleiter mit überragenden Eigenschaften als eine wesentliche Komponente für die Entwicklung von besseren Traktionsbatterien für die Automobilindustrie bereit.
Die Eigenschaften der auf dieser Grundlage von den Autobauern entwickleten Batterien, insbesondere die spezifische Energie (Wh/kg) sowie die Energiedichte (Wh/l), ergeben sich aus deren Wahl von Anode und Kathode. Daraus ergibt sich unser drittes Lizenzprodukt:
(3) Nutzung des HPB Festionenleiters für die eigene Batterieentwicklung (unser Beitrag für die Automobil-Industrie)
Eine neue Grundlagentechnologie
Sicherer. Langlebiger. Grüner.
Unsere HPB Batterietechnologie ist sicher, da unser HPB Festionenleiter nicht brennbar und der Akku nicht explosiv ist. Durch die Verwendung des von uns entwickelten HPB Festionenleiters wird die Leistung unseres Akkus über die Lebensdauer hinweg nahezu konstant bleiben. Für die Herstellung werden keine kritischen Rohstoffe benötigt. Auch dadurch verbessert sich die Umweltbilanz um mehr als die Hälfte gegenüber herkömmlichen Akkus.
Drop-in Verfahren
für Feststoffakkus
Hürden der Physik
Zahlreiche Forschergruppen weltweit arbeiten an der Entwicklung von Feststoffakkus1. Dabei geht es im Kern darum, den aktuellen flüssigen Elektrolyten - Grundlage der Batteriealterung, Brand- und Explosionsgefahr - gegen einen festen Elektrolyten (Festionenleiter) auszutauschen. Die verfolgten Ansätze erfordern die Herstellung des Festionenleiters außerhalb der Batteriezelle und müssen deshalb nicht weniger als die Hürden der Physik überwinden2.
Chancen der Chemie
Unsere HPB Technologie hingegen nutzt die Chancen der Chemie: Der HPB Festionenleiter bildet sich aus festen und flüssigen Ausgangsstoffen direkt in der Zelle. Dadurch können zentrale Produktionsprobleme für Feststoffakkus vermieden werden.2
Anerkannte Skalierbarkeit
Die Verwendung flüssiger Ausgangsstoffe hat noch einen weiteren, entscheidenden Vorteil: Sie ermöglicht es, bei der Zellherstellung auf etablierte Produktionstechnologie zurückzugreifen – Technologie, die in der Herstellung herkömmlicher Lithium-Ionen-Akkus mit flüssigem Elektrolyten tausendfach im Einsatz ist. Auf diese Weise lässt sich die Herstellung unseres HPB Feststoffakkus skalieren, ohne dass hierfür gänzlich neue Produktionstechnologien entwickelt werden müssten.
Modulares Design:
Einheitsgröße für viele Anwendungen
Das standardisierte Moduldesign sieht 8 Zellen à 50 Ah in einem Modul vor. Damit hat ein Modul einen Energieinhalt von ca. 1,28 kWh.
Je nach Anwendungsfall werden diese Module zu einem Batteriespeicher assembliert. Heimspeicher mit einem Energieinhalt von 10 kWh enthalten dann 8 Module. Industriepuffer mit einem Energieinhalt von 200 kWh enthalten dann 160 Module.
Die fünfte Generation der Batterietechnologie
Gigantischer Speicherbedarf
Die Energiewende weltweit braucht effiziente Speichertechnologien. In Deutschland hat die Stromproduktion aus erneuerbaren Energien (vor allem Wind und Sonne) die klassische Stromproduktion aus fossilen Energien (vor allem Kohle, Gas und Uran) überholt. Damit die Stromproduktion auf fossile Energieträger langfristig verzichten kann, brauchen Stromproduzenten, Netzbetreiber und Verbraucher Zwischenspeicher.
Die fünfte Batteriegeneration:
1880 Blei-Säure
1900 Nickel-Cadmium
1980 Nickel-Metallhydrid
1990 Lithium-Ionen
2018 HPB Feststoffakku
Alleine in Deutschland beträgt der Bedarf an Pufferspeichern Schätzungen zufolge 11,3 TWh.1 Um diesen immensen Bedarf nur einmalig mit Batterien zu decken, müssten etwa 87 Gigafactories mit einer Jahresproduktion von jeweils 5 GWh mehr als 25 Jahre lang Akkus produzieren. Erst damit wäre bis 2050 der vollständige Ausstieg aus fossilen Energien in Deutschland möglich.
HPB Technologie für Energie- und Mobilitätswende
Als neue Grundlagentechnologie kann die HPB Technologie durch eine einzigartige Kombination von Eigenschaften einen spürbaren Beitrag für das Gelingen der Energie- und Mobilitätswende leisten. Wesentliche Eigenschaften unseres HPB Festionenleiters wurden bereits von unabhängigen Forschungsinstituten bestätigt.
Die Deckschicht macht den Unterschied: Herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus altern, weil auf ihren Anoden durch Laden und Entladen eine Deckschicht entsteht. Diese wächst über Zeit und mit jedem Gebrauch, sogar umso schneller, je intensiver die Batterie genutzt wird. Dieses Wachsen der Deckschicht verbraucht Kapazität und erhöht den Innenwiderstand, die Leistung des Akkus nimmt ab.
Bei unserer innovativen HPB Batterietechnologie bildet sich beim ersten Laden eine sehr dünne Deckschicht. Danach wächst diese nicht mehr. Durch die Verwendung unseres patentrechtlich geschützten HPB Festionenleiters bleibt der Innenwiderstand über die Lebensdauer hinweg quasi konstant. Egal, wie sehr der Akku beansprucht wird.
Die Anwendungsfelder↗ für unseren HPB Feststoffakku und HPB Festionenleiter sind vielfältig und betreffen Erzeugung, Verteilung und Verbrauch von Strom.
1 Ilgmann, G. & Polatschek, K., 2019. Vom Zappelstrom. Grüne Energie braucht Speicher. Doch woher die nehmen?
Link ↗ (Zugriff am 16.01.21)
Technologievergleich
Li-Ionen Akkus vs. HPB Feststoffakku
Der konkrete Nutzen für den Kunden ist: billiger (weil langlebiger), bessere Leistung (weil kein Leistungsverlust), sicherer (weil nicht-entflammbarer Elektrolyt (Festionenleiter)) und umweltfreundlicher (weil etwa 50% bessere CO2-Umweltbilanz). Die Kombination der Eigenschaften macht den Unterschied.1
1 HPB (2024): Datenblatt HPB Feststoffakku.
Link ↗
Patentanmeldungen
Patentanmeldung 1
↗ Wiederaufladbare elektrochemische Zelle
(in Anmeldesprache)
Patentanmeldung 2
↗ Elektrolyt für wiederaufladbare elektrochemische Batteriezellen (in Anmeldesprache)
Patentanmeldung 3
↗ Elektrode-Separator-Element mit einer keramischen Separatorschicht (in Anmeldesprache)
Patentanmeldung 4
↗ Wiederaufladbare elektrochemische Zelle mit keramischer Separatorschicht und Indikatorelektrode (in Anmeldesprache)
Patentanmeldung 5
↗ Festionenleiter für wiederaufladbare elektrochemische Batteriezellen (in Anmeldesprache)
FAQs
- Was ist das Besondere an der HPB Technologie?
Kurz gesagt: ein serienreifer All-Solid-State-Akku mit überlegenen Eigenschaften. Langlebigkeit, Nachhaltigkeit und Sicherheit stehen dabei im Mittelpunkt. Auf Basis von über 30jähriger Grundlagenforschung zur Batteriealterung ist es uns gelungen, die Alterungsprozesse in herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus zu verstehen und zu vermeiden. Dass dies auch in der Praxis funktioniert, ist durch Messungen an Zellen belegt, die bereits seit über drei Jahren unter harschen Bedingungen (1C/1C laden/entladen bei 0-100 % State of Charge) gezykelt werden – bei mittlerweile über 12.500 Ladezyklen. Grundlage hierfür ist der patentierte HPB Festionenleiter, ein neuartiger Elektrolyt, der sich nicht zuletzt durch eine sehr hohe Ionenleitfähigkeit über eine breite Temperaturspanne (getestet für -40 bis +60°C) auszeichnet, die weit über der Leitfähigkeit gängiger flüssiger organischer Elektrolyte liegt.
- Für welche Anwendungsfelder eignet sich die HPB Technologie?
Der Fokus bei der Entwicklung des HPB Feststoffakkus liegt auf stationären Anwendungen (Heimspeicher, Industriespeicher, Großspeicher zur Netzstabilisierung usw.). Hier kommen die vorteilhaften Eigenschaften unserer Technologie voll zum Tragen – nicht zuletzt die extrem lange Lebensdauer, welche eine Mehrfachnutzung von Speichersystemen und damit ganz neue Geschäftsmodelle ermöglicht. Das Feld stationärer Anwendungen ist für eine erfolgreiche Energiewende ebenso wichtig wie das Feld mobiler Anwendungen, das bislang weit mehr im Fokus der Debatte steht, und steht gleichfalls für einen enorm großen, exponentiell wachsenden Markt.
- Welche Leistungsdaten hat der HPB Feststoffakku?
Jede Zelle hat bei einer Nennspannung von 3,2 V eine Kapazität von 50 Ah (160 Wh). Diese Kapa-zität kann vollständig, d. h. von 0-100 % State of Charge genutzt werden. Der HPB Feststoffakku ist nicht nur tiefentladefest, sondern auch schnellladefähig: 2C/2C (also halbstündlich) laden/entladen sind als Dauerbelastung möglich, die Minutenbelastbarkeit liegt bei 6C. Die Energiedichte beträgt bis zu 150 Wh/kg bzw. 350 Wh/l. Je acht Zellen werden zu einem Modul mit 1,28 kWh Kapazität zusammengefasst, acht Module beispielsweise wiederum zu einem Akku in Heimspeicher-Größe von 10,24 kWh. Auf dieser modularen Bauweise aufsetzend, sind HPB Feststoffakkus beliebig skalierbar, Spannung und Stromstärke sind durch serielle bzw. parallele Verschaltung an den jeweiligen Bedarf anpassbar.
- Was macht den HPB Feststoffakku in der Anwendung so sicher?
Herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus gehen mit einer gewissen Brand- und Explosionsgefahr einher, was ihre Akzeptanz (z. B. im Heimspeicherbereich) beeinträchtigt und ihr Anwendungspotenzial limitiert. Der HPB Festionenleiter ist, im Gegensatz zu herkömmlichen flüssigen organischen Elektrolyten, nicht entflammbar. Deshalb geht vom HPB Feststoffakku nicht nur keine Brandgefahr aus, sondern er wirkt auch erheblich weniger brandfördernd als herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus, wenn diese einem extern verursachten Brand ausgesetzt sind. Sicherheit umfasst auch mögliche Beeinträchtigungen von Mensch und Umwelt, wenn Batteriezellen z. B. bei einem Unfall beschädigt werden. Auch in diesem Bereich sind erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Akkus zu erwarten.
- Welche Stoffe sind im HPB Feststoffakku enthalten?
Die im HPB Feststoffakku verwendeten Aktivmaterialien sind Lithiumeisenphosphat (LFP) und Graphit. Hinzu kommen Edelstahl für das Batteriegehäuse, Nickel für die Ableiter sowie die Zutaten für den Festionenleiter. Das Nickel liegt, anders als in NMC-Batterien, in reiner Form vor, was für eine gute Rezyklierbarkeit sorgt. Keiner der eingesetzten Stoffe besitzt eine hohe Kritikalität wie z. B. Kobalt in NMC-Batterien.
- Warum ist der HPB Feststoffakku schon bereit für die Serienproduktion?
Der HPB Festionenleiter bildet sich nach Zugabe einer flüssigen Zutat innerhalb der Zelle. Dadurch können zwei Herausforderungen, mit denen andere Feststoffakku-Ansätze konfrontiert sind, auf einmal gelöst werden: Zwischen HPB Festionenleiter und Elektroden entsteht ein enger Kontakt, wie er für eine gute Leitfähigkeit zwingend erforderlich ist. Und: Beim Aufbau der Serienproduktion kann auf etablierte Produktionstechnik für flüssige Elektrolyte aufgebaut werden. Wir kooperieren mit einem Netzwerk europäischer Anlagenbauer, die bereits Erfahrung mit einer Vorgängertechnologie gesammelt haben und bereit sind für den Produktionsaufbau. Die Planung von Produktionsstätten bis auf Anlagenebene (sowohl für Pilotfertigung als auch für Gigafactories) liegt vor.
- Wie weit reicht der Patentschutz der HPB Entwicklungen?
Die HPB Technologie ist weltweit in 96 Ländern und damit in allen relevanten Märkten geschützt. Der HPB Festionenleiter als Kernelement unserer Technologie ist als Substanz geschützt und somit auch gegen die etwaige Entwicklung alternativer Herstellwege „immun". Sämtliche Patentschriften sind auf unserer Homepage unter https://www.highperformancebattery.ch/de/medien-corner.php frei einsehbar.